Диссертация (1143428), страница 17
Текст из файла (страница 17)
При нагревании частиц угольной пыли(капель мазута) на начальном участке факела в результате пиролиза топливаи возгонки летучих (испарения капель) вокруг угольной частицы (мазутнойкапли) образуется газовый объем. Соответственно происходит разделениетопливного азота между газовой фазой и коксовым остатком. Большая егочасть переходит в газовую фазу в виде аминов и цианидов (в основном NH3 иHCN) [361].
Затем NH3 и HCN реагируют в гомогенных реакциях с промежуточными компонентами (О, ОН, Н, NHi и др.), образуя в результате оксидыазота и молекулярный азот. Топливный азот, оставшийся в коксе и связанный81в форме гетероциклических колец, при сгорании коксового остатка такжечастично переходит в NO.Рисунок 2.11 Схема азотных превращений при сжигании угольной пылиРезультаты измерений концентраций NO по длине факела при сжиганииазотсодержащих топлив показывают, что вид кривой образования NO вовремени имеет S-образную форму, а скорость образования NO характеризуется наличием максимума. Вследствие этого, процесс образования “топливных” NO во времени, качественно может быть представлен следующей схемой (рисунок 2.12).Рисунок 2.12 – Схема образования "топливных" оксидов азота по длине факела:—— NO; ‒ ‒ ‒ dNO/d; N; ‒‒‒ dN/d82В начальный момент времени после попадания топлива в топочную камеру ( = 0) концентрация активного азота равна нулю (N = 0), поэтому иNO = 0.
Затем в процессе быстрого нагрева частицы и выхода летучих происходит выход активного азота, который, соединяясь с кислородом воздуха,переходит в оксид азота. В момент времени m скорость выделения активногоазота из топлива максимальна (dNT/d)= =max, причем m всегда меньше 1.Сначала происходит появление активного азота топлива, и скорость измене1ния концентрации NO минимальна. Кривая dN/d скорость изменения концентрации топливного азота, зависит от двух процессов: выхода азота из топлива и его расхода на образование NO.Рисунок 2.13 – Образование топливныхNO в зависимости от начальнойконцентрации кислорода в факеле [291]Рисунок 2.14 – Доля переходатопливного азота в NO в зависимости отмаксимальной температуры факела [330]:1 экибастузский уголь;2 ишидейский уголь;3 ирша-бородинский угольТак как степень перехода связанного азота из коксового остатка в NOсущественно ниже степени перехода газообразных азотсодержащих веществ(типа HCN, NH3) в оксиды азота, то для топлив с приблизительно одинаковым содержанием азота в топливе образование NOx тем больше, чем вышевыход летучих [362].
В то же время концентрация азотосодержащих компонентов в летучих увеличивается с ростом температуры [352, 363].С.П. Титовым, В.И. Бабием, В.И. Барабашем в [291, 364] проведены исследования кинетики образования “топливных” оксидов азота при горении пыли83каменных углей с различным выходом летучих (экибастузского и ишидейского угля с выходом летучих соответственно Vг = 31 % и Vг = 45 %), в интервале температур факела 1050...1800 K (рисунок 2.13).
По их данным с увеличением содержания азота в топливе скорость образования и конечный выход оксидов азота возрастают. Конечная концентрация NOx и степень перехода “топливного” азота в NOx практически не зависят от тонины помола(R90 = 2…30 %) и зольности в интервале Ас = 33...52 %. Исследования такжепоказали, что при неизменной температуре конечный выход “топливных” оксидов азота пропорционален квадрату среднеинтегральной концентрации кислорода в факеле.По данным работ [363, 364] при низких температурах факелаТ = 1300...1400 K наблюдается быстрый рост “топливных” NOx, а приТ > 1400 K влияние увеличения температуры на скорость эмиссии “топливных” NOx сказывается значительно слабее (рисунок 2.14) [330].Из анализа механизмов образования "топливных" NOх можно сделатьследующие выводы:1) конверсия азота твердого топлива в NOх происходит на стадии выходалетучих во фронте пламени при скорости, соизмеримой со скоростью горения;2) степень конверсии имеет слабую зависимость от температуры пламени, увеличивается с увеличением концентрации кислорода и уменьшается сувеличением содержания азота в топливе;3) конверсия слабо зависит от вида азотсодержащего соединения топлива, и в основном определяется содержанием в нем азота.Образование оксидов серы в топочном процессе.
Содержащаяся втопливе сера является источником образования сернистого (SO2) и серного(SO3) ангидридов [365, 366]. Содержание других оксидов серы (SO, S2O3,S2O7) в продуктах сгорания ничтожно. Содержание горючей серы в различных видах топлив колеблется в довольно широких пределах: в жидком топливе от 0,05...0,15 % (керосин) до 3,5 % (мазут), в углях от 0,5 до 6 %, всланцах – до 13 %. Сера в твердых топливах может быть трех видов: органическая (Sор), колчеданная (Sк) и сульфатная (Sс).
Органическая сера входит всостав сложных высокомолекулярных органических соединений топлива.Колчеданная сера представляет собой соединения с металлами (чаще всегожелезный колчедан FeS2) и входит в минеральную часть топлива. Органическая и колчеданная сера участвуют в процессе горения. Сульфатная сера вхо-84дит в минеральную часть топлива в виде сульфатов щелочных металлов(CaSO4 и MgSO4), поэтому в процессе горения окислению не подвергается ипереходит в золу.
В состав газообразных топлив сера входит в виде сероводорода (H2S) или сернистого ангидрида (SO2). Сера в мазуте входит в состав,главным образом, сераорганических соединений, в меньшей степени онаприсутствует в виде сероводорода (H2S) и элементарной серы [366].При окислительном сжигании из серы топлива образуется в основномдиоксид серы:S + O2 = SO2.(2.28)При восстановительном сжигании (используется для получения генераторного газа) образуется сероводород H2S, который затем сгорает, переходя витоге в тот же диоксид:2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O.(2.29)Реакция окисления железного колчедана FeS2 имеет вид4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.(2.30)Часть SO2 (1...5 %) доокисляется до серного ангидрида SO3 в ходе гомогенных реакций непосредственно при горении топлива [367, 368]SO2 + 1/2 O2 = SO3,(2.31)и в результате протекания реакций окисления SO2 в присутствии катализаторов, например V2O5, Fe2O3 [369]KAT SO3.SO2 + 1/2 O2 (2.32)Возрастание концентрации SO3 при эксплуатации котлов отмечается cувеличением нагрузки и коэффициента избытка воздуха ("т) [370].
Образование оксидов серы при сжигании сернистых мазутов в топочных камерах восновном происходит на начальном участке факела [370], причем наиболеевысокие концентрации SO3 наблюдаются в непосредственной близости отгорелки (рисунок 2.15). Конечная концентрация серного ангидрида SO3 впродуктах сгорания не превышает 510-3 % и зависит от состава топлива, режима горения, конструкции котла и состояния поверхностей нагрева [371].85Рисунок 2.15 – Изменениеконцентрации оксидов серыпо длине мазутного факела[370]При уменьшении температуры газов в присутствии кислорода сернистый ангидрид доокисляется до SO3 и вступает в реакцию с водой, образуяаэрозоль серной кислоты [372, 373]:SO2 + H2O = H2SO3;(2.33)SO2 + 1/2 O2 + h = SO3;(2.34)SO3 + H2O = H2SO4,(2.35)что является причиной протекания в газоходах котла низкотемпературнойсернокислотной коррозии [164, 374...378].Снижение концентрации SO2 наблюдается при сжигании топлив с высоким содержанием карбонатов кальция и магния, способных связывать газообразные соединения серы [379].В работе [131] рассматриваются факторы, определяющие степень связывания оксидов серы с золой (SO2) при пылеугольном сжигании сланцев вкотле ТП-101, средние значения выбросов для которого находятся в пределахSOx=1 = 1300...1500 мг/м3.
Проведенными исследованиями показано, что SO2составляет в среднем (при номинальной нагрузке) 0,78...0,86, зависит от количества избыточного воздуха (т) (рисунок 2.16), и температуры в высокотемпературной части газового тракта (рисунок 2.17). Характер зависимостейSO2 = f(т) и SO2 = f(), по мнению автора [131], указывает на существующийпредел связывания оксидов серы золой, определяемый измельченностью топлива (поверхностью реагирования). Показанное на рисунке 2.18 распределение содержания сульфатной серы и свободной извести в летучей золесланцев в зависимости от размера золовых частиц подтверждает, что мелкиечастицы летучей золы содержат в несколько раз больше сульфатной серы и86Рисунок 2.16 – Степень связыванияРисунок 2.17 – Степень связывания оксидовоксидов серы в зависимости отсеры в зависимости от температуры дымовыхкоэффициента избытка воздуха в топке:газов (перед ВЭК):○ D = 280 т/с, экон = 1010 K;● D = 280 т/с, экон = 1050 K◁ т < 1,3; ○ т = 1,3...1,5; ● т > 1,5соответственно меньше СаОсв.
Содержание сульфатной серы в золе электрофильтров практически не зависит от избытка воздуха (рисунок 2.19), в товремя как величина SO2 меняется при изменении избытка воздуха существенно от 0,75 до 0,88.Рисунок 2.18 – Распределениесульфатной серы и свободной известив золе котла ТП-101 в зависимостиот размера частиц золы:Рисунок 2.19 – Содержаниесульфатной серы в золеэлектрофильтров котла ТП-101в зависимости от размера частиц золы:○ сульфатная сера; ● свободная известь● О2 = 3...4 %; ○ О2 = 5...6 %;◁ О2 = 7,4 %Как считает автор [131], увеличение тонкости помола сланцев должноспособствовать более полному связыванию оксидов серы золой.В работе [86] представлен анализ возможных преобразований серы присжигании твердого органического топлива в топке котла ОР-215, реконструированного на ВИР-технологию.
Отмечается, что при высоких температу-87рах и недостатке кислорода может происходить разложение серы с выделением S. В этом случае возможно протекание следующих реакций:S + H2 = H2S;(2.36)FeS2 = FeS + S;(2.37)FeS + H2O = H2S + FeO;(2.38)S + CO = COS;(2.39)S + 2CH4 = H2S + C2H2.(2.40)Результаты термодинамических расчетов [86] реакций (2.39, 2.40) показывают, что при температурах 1300...1600 K, = 0,37...0,55 и атмосферномдавлении соединения серы могут состоять из 90 % H2S и 7...9 % COS.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
